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地球信息科学学报 >

2021 , Vol. 23 >Issue 9: 1632 - 1645

DOI: https://doi.org/10.12082/dqxxkx.2021.200642

地球信息科学理论与方法

构建农业文化遗产数字化保护的概念框架探讨

  • 胡最 1, 2 ,
  • 闵庆文 , 1, 3, *
展开
  • 1. 中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100001
  • 2. 衡阳师范学院地理与旅游学院,衡阳 421002
  • 3. 中国科学院大学,北京 100049
*闵庆文（1963— ）,男,江苏徐州人,主要从事农业文化遗产研究。E-mail:

胡 最（1977— ）,男,湖南宁乡人,从事GIS原理与技术、农业文化遗产与文化景观理论研究。E-mail:

收稿日期: 2020-10-27

  网络出版日期: 2021-11-25

基金资助

国家社科重大项目(16ZDA159)

湖南省社科项目(17ZDB050)

中国科学院战略先导科技专项(A类)项目子课题(XDA23100203)

版权

版权所有,未经授权,不得转载、摘编本刊文章,不得使用本刊的版式设计。
收起

A Research on the Conceptual Framework for Digitalized Conservation of Agricultural Heritage System

  • HU Zui 1, 2 ,
  • MIN Qingwen , 1, 3, *
Expand
  • 1. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
  • 2. College of Geography and Tourism, Hengyang Normal University, Hengyang 421002, China
  • 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
*Min Qingwen, E-mail:

Received date: 2020-10-27

  Online published: 2021-11-25

Supported by

National Key Social Foundation of China(16ZDA159)

Key Social Foundation of Hunan Province(17ZDB050)

Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDA23100203)

Copyright

Copyright reserved © 2021.
Fold

摘要

农业文化遗产具有重要的社会经济价值和生态系统服务功能,不过相应的数字化保护探索还相对缺乏。本文就农业文化遗产数字化保护的意义、内涵、主要内容与关键技术等开展探讨：① 数字化可以丰富农业文化遗产的保护途径,为相关部门的决策提供依据,有助于促进公众对农业文化遗产的认知;② 农业文化遗产数字化保护的主体内容包括粮食与生计安全、农业生物多样性、地方和传统知识体系、文化与信仰和社会组织、景观与美学特征;③ 农业文化遗产数字化保护的关键技术包括多粒度时空数据对象分析与处理、云计算与服务、大数据分析和人工智能等。研究表明,农业文化遗产数字化保护是一项复杂的系统工程,需要加强对建设目标、标准以及示范性应用等的研究,同时处理好保护与发展的辩证关系,并明确其地位与功能。

关键词： 农业文化遗产; 数字化保护; 智慧农业文化遗产; 全球重要农业文化遗产; 中国重要农业文化遗产; 保护框架; 主体内容; 关键技术

本文引用格式

胡最 , 闵庆文 . 构建农业文化遗产数字化保护的概念框架探讨[J]. 地球信息科学学报, 2021 , 23(9) : 1632 -1645 . DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200642

Abstract

Agricultural areas are preserved well in most countries and are famous for the long history, deep cultural deposit, and various types. In the historical process, they have formed the unique cultural landscapes, land use, and food production systems, which are fit for the local geographical environments. Agricultural areas are rich in traditional cultural customs, such as production, sacrifices, prayers, and religions. They are characterized as the values of history, culture, art, research, education, and social economy. The Food and Agricultural Organization (FAO) of the United Nations launched Globally Important Agricultural Heritage Systems (GIAHS) initiative in 2002. This means that the agricultural heritage systems, as one type of special cultural heritages, are formally confirmed and are attracting widespread attention worldwide. Although the cultural heritage conservation has inevitably been involved with the digital tide, there is not enough attention on agricultural heritage digitalized conservation. To explore this issue, this paper proposes a conceptual framework for the digitalized conservation of agricultural heritage systems and mainly focuses on the pertinent context, objects, and key technologies. In this work, the authors thinks the food and livelihood security, agricultural diversity, local and traditional knowledge systems, culture, values and social organizations, landscapes and seascape features as the body of context of agricultural heritage digitalized conservation. In this paper, the conceptual framework is composed of five parts; namely, the elements of agricultural heritage systems, date types and capture methods or obtained ways, database construction and data organization, sub-systems or application program interfaces, and the main goals as well as the application fields. This paper details every part of the conceptual framework from the bottom up. Based on the above results, this paper further briefs the crucial technologies from the perspective of application development. These key technologies mainly include the analysis and process of multiple granularity spatiotemporal objects, cloud computing and services, big-data analysis, and artificial intelligence. It is especially worthy to note that multiple granularity spatiotemporal objects are the theoretical foundation of the next generation GIS. In work, GIS is treated as the key support to the conceptual framework of agricultural heritage digitalized conservation. Finally, this paper analyzes the corresponding significances when carrying out the agricultural heritage digitalized conservation. Agricultural heritage digitalized conservation can not only help the management departments to improve their work and make decisions but also improve the protection work and sustainable development. Agricultural heritage digitalized conservation is very helpful to promote the understanding of related knowledge and the popularization of sciences and education. In a whole, agricultural heritage digitalized conservation is the inevitable results of the combination of information sciences and traditional agricultural knowledge in depth. The authors strongly believe that current research work is of great significances to forward the implementation of agricultural heritage digitalized conservation and the implementation of the smart agricultural heritages since this paper provides good advices.

Key words： agri-cultural heritages; smart agri-cultural heritage; digitalized conservation; Globally Important Agricultural Heritage Systems (GIAHS); China National Important Agricultural Heritage Systems (China-NIAHS); conceptual framework; body of context; key technologies

1 引言

很多国家保有类型多样且具有深厚文化积淀的传统农业活动地域。它们在历史过程中形成了适应当地自然地理环境的土地利用方式和特色的农业景观与生产体系,孕育了祭祀、祈祷以及宗教信仰等丰富的传统习俗,形成了具有突出的历史、文化、艺术、科研、教育和社会经济价值[1]的物质与非物质的综合体系[2],对可持续发展具有积极的意义。联合国粮农组织（FAO）于2002年发起了“全球重要农业文化遗产”（GIAHS）的相关探索[1,2,3]。2005年,首批GIAHS项目试点标志着其作为一种特殊的人类文化遗产得到正式确认。截至2019年底,中国共有15项农业文化遗产项目成功入选GIAHS名录。整体上,从入选数量到相关研究工作,再到构建国家级管理评估机制与遗产地监测,中国均处于国际领先地位[4]。近年来,理论界对于农业文化遗产的内涵[5,6,7]、保护[3,8-10]、特征和开发价值[10,11,12,13,14]等取得了丰富的成果。
数字化技术深刻地影响和改变了文化遗产的保护途径。文化遗产数字化技术已经成为全球理论界和产业界共同关注的热点[15],更成为文化遗产保护的主要方式[16,17]。如,数字博物馆[18]、数字考古[19]、遗产空间虚拟重构[20]等丰富的案例展现了文化遗产数字化保护的广阔前景。近年来,中国在文化遗产数字化领域取得了丰富的成果,如敦煌莫高窟数字化和虚拟紫禁城[18]。然而,农业文化遗产数字化保护的相关报导却非常罕见,相应的理论探索[17]进展缓慢。这与中国在农业文化遗产领域的世界领先地位不相适应。
随着信息科学领域不断取得突破性进展,结合数字化技术赋能农业文化遗产的保护成为当今时代的重要命题。针对当前农业文化遗产数字化保护的前瞻性探索欠缺,本文通过对相关的意义、内涵、核心内容与关键技术的讨论,为农业文化遗产数字化保护提供参考。

2 农业文化遗产数字化保护的科学内涵

2.1 内涵

尽管理论界对农业文化遗产的保护方法和途径等开展了深入的探讨[3,8-10,17],但对农业文化遗产数字化保护内涵的思考则明显不足。
文化遗产保护的传承是实现人类的物质与精神文化财富,实现其文化多样性与历史、艺术和科研价值的传承[21]。农业文化遗产有着和一般文化遗产相同的特性。一方面,农业文化遗产系统的很多要素易于遭受自然灾害或人为原因导致的破坏,如作者在湖南新化紫鹊界梯田实地调查发现有些梯田容易毁于较强降水。另一方面,农业文化遗产系统中那些具有传统文化内涵的要素一旦被损毁就很难恢复,如位于湖南新化紫鹊界梯田分布区的楼下村为历史文化名村,在其发展历程中兴建了很多特色院落,但多数院落已经被严重损毁。因此,农业文化遗产的保护既需要深入认知其核心价值,又需要从可持续发展的视角和多学科交叉融合的广度探讨切实可行的途径。
数字化方法及其技术体系是文化遗产保护的一种可行途径[22]。开展农业文化遗产的数字化保护是数字化时代技术演进的必然结果。首先,当今时代以信息技术的深入渗透与广泛应用为主要标志。数字产业和数字经济已经成为国家制订和实施经济社会发展计划的首要选择。UNESCO早在1992年就开始致力于在全球范围内推动文化遗产数字化保护。因此,构筑农业文化遗产数字化保护框架与技术体系是必然的。其次,农业文化遗产的科学研究需要在信息技术的支持下跨越农业、生物、生态、环境、经济、历史和地理等学科的界限。实践中,信息技术是农业文化遗产系统的数字化监测、管理和开发利用等的纽带,在农业文化遗产系统的科学特征、构成要素、基本规律等的认知中有着突出的优势。如,湖南省数字动漫卡通工程中心结合3D投影技术实现了新化紫鹊界梯田山歌的数字化保存。
农业文化遗产数字化保护是运用数字化方法及其技术体系探寻农业文化遗产项目保护的可行途径,深入挖掘其社会发展价值、历史人文价值与科学研究价值,促进其可持续发展。相应地,农业文化遗产数字化保护主要涵盖农业文化遗产信息的数字化管理与农业文化遗产系统的数字化[17]存储,即在数字化方法及其技术体系的辅助与支持下,实现农业文化遗产特征信息及其核心价值的展示、传播与高效管理,为子孙后代了解并传承优秀的传统农业文化精华提供技术支撑。具体来说,农业文化遗产数字化保护需要运用信息科学的原理、方法和技术,采集农业文化遗产系统的完整数据,构建完整的农业文化遗产数字化模型,实现“永久”保存,为农业文化遗产保护的科学决策、合理利用、价值提升、科学研究等提供支持。这可以从目标、内容和方式3个方面来理解（图1）。一方面,农业文化遗产数字化保护的核心内容可与FAO关于遗产系统的遴选标准一致,这有利于构建全球统一的农业文化遗产数字化标准;另一方面,农业文化遗产数字化保护的基本方式则是在信息技术的支持下构建综合业务系统,通过3D景观模型、数字博物馆、虚拟遗产等多种形式。总体上,农业文化遗产数字化保护的目标、内容与方式相辅相成,互为支撑。
图1 农业文化遗产数字化保护的基本框架

Fig. 1 Conceptual framework for agricultural heritage systems digital preservation

2.2 必要性

农业文化遗产是涵盖传统农业生产方式、乡村聚落、传统农业知识与文化及田园景观等的“活态”型文化遗产。从文化遗产数字化保护的发展趋势[15-16,23]和农业文化遗产的特点[10,11,12,13,14]来看,开展农业文化遗产数字化保护、促进其活态化保护和可持续发展具有重要意义。
（1）促进活态保护。农业文化遗产具有突出的传统文化、生态和社会经济价值,由其分布地的村落及相应的传统农业景观和农业生产系统共同构成。其中,传统农业生产系统在长期的历史进程中与周围自然环境完美地融合为统一的整体。活态化保护强调保护农业文化遗产形成、演化和发展的文化生态环境,促进其可持续发展和传承。结合数字化技术开展农业文化遗产的活态化保护具有多样化的形式与途径。通过数字化技术,我们可以构建农业文化遗产系统中那些濒临消失或业已消失要素的数字“孪生体”,积极发展相关的观光休闲与研学旅行等旅游产业。如,农业文化遗产系统的生产、物候及相关景观等具有季节性特征的要素经过数字化保存后,就可以随时为游客了解农业文化遗产系统的特征提供资料。此外,数字化技术可以重构农业文化遗产过去的很多重要场景,这可以帮助人们更好地了解农业文化遗产的重要特征,促进其得以传承。如,可以结合动画与3D建模技术构建开垦梯田的生产场景。
（2）实时监测与精准评估。数字化技术可以整合传感器和物联网,实时感知农业文化遗产系统构成要素的“健康状况”、监测遗产地的传统农业生产和其他人类活动,从而提高工作效率。通过实时、精准地监测农业文化遗产的状况,管理部门可以汇聚农业文化遗产保护与管理的现状数据。通过汇总和分析不同时段的监测数据,管理部门可以实现农业文化遗产系统保护、管理和可持续发展状况的科学评估,为相关的决策提供支持。如,结合遥感监测技术构建农业文化遗产的遥感专题信息图谱从而为农业文化遗产保护提供技术支撑。
（3）丰富保护途径。随着社会经济转型、产业升级、城市化和全球化的发展,农业文化遗产面临着严峻的保护问题,如传统农业生产技术和知识等正陷入濒临失传的困境。这是因为社会产业结构的变化与技术迭代等不可避免地对农业文化遗产赖以存在的社会环境产生巨大的冲击。另一方面,这也给农业文化遗产的保护带来了更丰富的技术途径。通过数字化技术存储相应的视频、音频或图像可以将农业文化遗产系统的不同要素进行“永久”保存,为后人详细了解农业文化遗产提供可靠资料。
（4）助力相关的科普与教育。农业文化遗产是从2006年开始才正式成为联合国认可的专门遗产系统。在一定程度上,这也导致社会大众对其知之甚少。因此,构建农业文化遗产科普与教育机制极其重要。如,构建农业文化遗产数字化保护的App就可以通过手机或移动终端有效地传播相关法律、法规和专门知识,促进大众对农业文化遗产及其相关知识的了解。
（5）数字化时代的必然选择。农业文化遗产是人类文化遗产体系不可分割的重要组成部分。随着信息技术的广泛应用,推动农业文化遗产的数字化保护是当今时代的必然选择。
（6）促进农业文化遗产系统的可持续发展。尽管农业文化遗产系统有着悠久的历史;但随着现代农业生产方式与技术的革新,以及经济全球化与贸易自由化等的冲击,很多具有特色的传统农业模式都面临着难以为继的严峻现实。显然,结合数字化技术了解相关农户的生计状况,监测农作物及其产品的生产过程,探索传统农产品的营销新途径和精准帮扶机制,可以有效地促进农业文化遗产的可持续发展。

2.3 总体框架

农业文化遗产以其特有的传统文化内涵[5]和生态智慧[3]而广受关注。这也是农业文化遗产的核心价值所在和开展数字化保护的根本出发点。
农业文化遗产系统包括生物多样性、农业文化景观、传统知识（耕作方法和技术体系）以及传统文化等[24]。FAO给出了严格的评选标准[25]。该标准涵盖了：生物多样性和生态系统功能、景观和水土资源管理、食物与生计安全性、社会组织与文化、知识体系与农民技术[24]。这为确定农业文化遗产数字化保护的核心内容应提供了科学依据。一方面,该标准是FAO在全球范围内遴选GIAHS项目的唯一依据,具有权威性和普遍性;另一方面,该标准是我国制订国家重要农业文化遗产遴选标准的重要参照依据,容易得到政府部门和相关行业和企业等的认可。因此,依照GIAHS评选标准开展农业文化遗产数字化工作具有较强的可操作性与实践意义。
参照FAO关于GIAHS的评选标准[25],从粮食与生计安全[26]、农业生物多样性[27,28,29]、地方与传统知识体系[30]、文化与信仰体系及社会组织、景观与美学特征[7]5个方面构建农业文化遗产数字化保护的总体框架。
从文化遗产数字化的相关实践来看,空间信息处理技术居于核心地位。随着新一代地理信息系统关键技术的产业化应用[31],智能地理系统提升了人类社会的空间信息感知与服务能力[32],如感知和收集环境变化的相关信息[33]、智慧农业应用[34]等。从现今的移动互联网、物联网、人工智能、传感器网络、多粒度时空大数据、智慧农业等技术实践来看,农业文化遗产数字化保护需要统筹遗产要素建模、遗产系统监测、资源评价和科学保护途径等事关农业文化遗产系统可持续发展的关键问题,立足于提升农业文化遗产的数字化管理水平、赋能其生态服务与社会经济发展价值,为构建智慧农业文化遗产积累经验。
从数据资源的采集、组织与管理来看,云存储与管理可以为农业文化遗产数字化保护提供数据库技术支撑。这是因为农业文化遗产数字化的数据对象非常广泛,主要包括测绘数据、传感器数据、文献（统计）资料数据、（走访）调查数据与社交媒体数据等。根据数据内容可以分别建立各种专题数据库,包括生态环境数据库、传统农业景观数据库、农业聚落系统数据库、传统农业文化数据库和传统农业习俗数据库。
基于前述考虑,本文提出初步的农业文化遗产数字化保护的总体框架（图2）：① 从建设目标来看,农业文化遗产数字化保护的目标是提升和突出其作为人类文化遗产的科学特征与传承价值,利于人类的可持续发展;② 从技术与应用目标来看,农业文化遗产数字化可以通过数字博物馆、虚拟文化遗产、3D遗产景观实景展示、政府决策分析工具、移动终端APP等子系统或者接口面向社会公众或行业部门等用户群体开放;③ 从数据的组织与管理角度来看,农业文化遗产数字化保护的程序系统必然涉及到时空多粒度大数据的整合、分析与关联处理,因而需要结合云存储与管理技术构建高效的数据组织与管理机制;④ 从数据采集的角度来看,由于农业文化遗产系统的复杂性和构成要素的多元性,以及文化内涵的丰富性等特征,必然使得数据获取的方法多元,数据资料的类型多元。如,实现农业文化遗产系统要素的监测必然使用遥感、GPS等多种测绘手段获取数据,同时还需要使用多种传感器获取数据;地方知识、传统文化习俗、文化信仰等有的可以查阅史志或方志,有的可以通过调查或访谈,有的可以录制音频或视频（如山歌、傩戏）。又如,很多农业文化遗产地都是热门的旅游目的地,很多游客都会通过微博或微信等社交媒体APP记录旅行途中遇到的美景、特有美食和特色农产品。一方面,旅游业促进了当地的就业和经济发展;另一方面,旅游活动也促进了部分特有农产品的销售。无疑,社交媒体数据或者POI数据也可以为农业文化遗产数字化保护提供丰富的数据源。值得注意的是,农业文化遗产数字化保护系统必然涉及到多类型、多模态、多时态和多源的时空粒度数据,需要研制专门的数据标准和分析处理工具。总体上,这是由农业文化遗产系统的基本组成要素（即数字化的具体内容）决定的。
图2 农业文化遗产数字化保护的总体框架

Fig. 2 A comprehensive framework for the agricultural heritage digitalized conservation

3 农业文化遗产数字化保护的核心目标

3.1 保障粮食与生计安全

粮食与生计安全是一个地区实现可持续发展的重要经济社会指标,包括粮食安全和生计安全[26],可以通过生态环境、经济效益和社会公平公正等进行定量评价。粮食与生计安全是FAO关于GIAHS项目评选的第一个维度。农业文化遗产的粮食与生计安全有着丰富的范畴,对保障当地居民的生产和生活具有重要的意义和不可取代的作用[26]。如,自给自足或者半自给型农业的产品供给与贸易可以促进当地的经济发展。
考虑到我国农业文化遗产的传统生产组织方式多以家庭为基本单位这一特色,杨伦等[26]提出的粮食与生计安全评估框架,本文认为可以从农户的家庭规模、拥有的生产资料和家庭从事传统农业生产经营获得的总收入等角度采集相应的数据（表1）,可以通过统计年鉴与实地调查等获取相应数据资料。
表1 粮食与生计安全的数字化内容

Tab. 1 The context for food and livelihood security digitalization

一级指标 二级指标 数据来源 备注
粮食安全状况 家庭人口数 调查统计 家庭规模
拥有的耕地面积 调查统计
户均年度粮食总产量 调查统计 单位为kg
户均年生产资料投入金额 调查统计 单位为元
家庭年购入粮食品类和数量 调查统计
家庭年购入其他食物品类目和相应数量 调查统计
家庭生产的其他食物品类和相应数量 调查统计
生计安全状况 家庭从事传统农业的年收入 调查统计 单位为万元
成员掌握的与传统农业相关的专门技能或从事相关职业状况 调查统计 成员可以凭技能获得一定的经济收入

3.2 保护农业生物多样性

农业生物多样性是农业可持续发展的前提,包括直接或间接用于农业生产的各种动物、植物或微生物及其变异,以及相应的野生近缘种、授粉者、共生者、害虫和相关竞争者[27]等。农业生物多样性可以从遗传、物种、生态系统、景观和文化共五个层次进行测度[27]。从农业文化遗产数字化保护的角度来看,农业生物多样性的数字化主要考虑生态环境特征和物种两个层面（表2）。一方面,生态环境是农业生物多样性的基本前提和物质保障,也是农业文化遗产得以存续的根本。如,生态环境的整体特征决定了农业文化遗产地生产的地理标志产品的品质。另一方面,尽管农业景观特征虽然也是农业生物多样性功能的重要体现,但为了避免农业文化遗产数字化保护系统的数据资源重复建设,故将其单独放到遗产景观特征部分进行处理。相应的数据可以通过当地农林管理部门的相关统计资料进行整理。
表2 农业生物多样性的数字化内容

Tab. 2 The context for digitalizing agro-biodiversity

一级指标 二级指标 数据来源 备注
生态环境特征
地形特征 DEM 单位为m
气候特征 统计资料
动物资源 统计资料 农业文化遗产分布地的生态系统和生态环境的生物多样性
植物资源 统计资料
微生物资源 统计资料

3.3 保护地方与传统知识体系

农业文化遗产包含了珍贵的地方性知识与传统知识体系、特有的与自然生态环境相适应的农业生产技术体系以及相应的自然资源管理体系。这也是农业文化遗产特有的传统文化内涵的重要体现。与农业文化遗产相关的传统知识体系具有体系复杂、表现多样的特点。如在湖南新化紫鹊界梯田分布区进行调研时发现当地农民通过口头传播的“对子话”传承了很多关于播种和田间管理的耕种知识,可以从物种资源、自然生境、农户社区和村落区域4类载体考虑相应的数字化方法（表3）[30]。此外,部分农业文化遗产所在地的地方政府建立了专门的博物馆,通过收藏的耕作器具实物、图片、文献、典籍等展示了相应的传统知识和技术体系。这为数字化工作提供了详实的数据资料和实物样本,可以通过查阅地方史志和实地调查走访等收集相关数据。
表3 地方与传统农业知识体系的数字化内容

Tab. 3 The context for digitalizing local and traditional knowledge system

一级指标 二级指标 数据来源 备注
自然生境知识 当地的农时、农事、时气、节令等 地方志、
史志、
农业志、
调查走访		 对当地生态环境的科学认知
当地特有农产品栽种、加工和储运等的方法
农业聚落的传统知识 传统的人地关系与经验总结等 传统农业生产方式与生态环境的适应性知识
传统的农业生产经验与方法总结等
传统的与农业生产相关的工具及相应知识等
灌溉技术体系 灌溉方法
生产管理技术体系 如：施肥方法
产品加工和储运技术体系 如：食物腌制方法
自然资源管理体系 水资源和土地资源管理 调查走访 如：灌溉方法与管理
农业气候资源认知 调查、统计 对传统农时的认知
生物多样性资源管理 统计

3.4 保护文化与信仰体系及社会组织

特定地域的农业生产活动经历较长的历史时期,形成了专门的文化、信仰体系,并最终形成了相应的、稳定的社会组织。这是GIAHS强调从文化认同和地方感知角度分析农业文化遗产社会特征的重要原因。如,聚落往往伴随着成熟的农业生产体系的形成,也是农业文化遗产的社会组织体系与文化、信仰最直接的载体。中国重要农业文化遗产系统大多都包括了具有重要价值的古村或古镇[12],如湖南新化紫鹊界梯田分布区的楼下村和正龙村,浙江湖州桑基渔塘分布区的狄港古村。此外,以传统习俗、农事谚语、神话传说等为代表的传统文化,以民间崇拜、祭祀和宗教信仰为代表的信仰体系,以宗族、村规民约与互助合作等为代表的社会组织等都属于农业文化遗产的重要内容（表4）。
表4 文化与信仰体系及社会组织的数字化内容

Tab. 4 The context for digitalizing cultures, value systems and social organizations

一级指标 二级指标 数据来源 备注
传统文化 民俗、民谚、神话传说、民间故事 史志、地方志、农业志、走访调查地方志、走访、调查
代表性非物质文化遗产 如：地方美食
文化遗存或遗迹 如：古代牌坊
信仰体系 民间信仰 地方志、走访、调查
地方志、走访、调查		 如：五斗米道
民间崇拜 如：张五郎
社会组织体系
传统宗族 走访调查 排解纠纷、约束行为
乡规民约或村规民约 调查
互助合作 走访 如：农忙帮工
聚落居住体系 聚落特征 走访调查 与传统农业生产相适应的聚落系统
聚落空间形态特征 遥感影像、测绘
历史/传统建筑 测绘
给合数字化技术丰富传统聚落景观的保护途径已经成为了社会各界的共识[35],如构建数字平台实现传统村落的文化基因保护[36,37,38]。借助遥感、激光扫描、无人机和全站仪等仪器设备,人们可以快速地获取传统村落景观的选址布局、空间格局、历史建筑、文化遗存或遗迹等重要信息,进而构建相应的空间数据库或数字平台,通过3D模型[38]或数字博物馆等方法实现农业文化遗产分布区内的古村镇景观的数字化（表4）。总体上,可以通过地方史志、实地走访、测绘与遥感数据等获取相应的数据资料。

3.5 保护特有的景观与美学特征

农业文化遗产景观是人与自然环境长期协同进化的结果,也是农业文化遗产系统的重要要素。农业文化遗产景观可以通过其形态和形状,以及由长期的历史持续性与形成它们的社会经济系统的密切联系为特征的各种关联进行识别。换而言之,一定地域范围内持续保有或季节性重复出现的特殊农业景观可以作为相应农业文化遗产的识别标识。
农业景观是农业文化遗产的重要表征和载体,具有地域性、周期性和季节性。相应地,农业文化遗产景观的数字化除了关注空间位置和分布信息之外,更应该关注景观特征。结合景观生态学领域的相关方法,人们可以通过遥感影像来定量分析农业文化遗产的景观特征信息,具体可以从类型多样性和格局多样性三个维度进行数字化[7]（表5）。
表5 农业文化遗产景观的数字化内容

Tab. 5 The context for digitalizing processes of the landscapes of agricultural heritage systems

一级指标 二级指标 数据来源 说明 备注
类型多样性 优势度 遥感影像 传统农业景观的重要程度
丰富度 遥感影像 传统农业景观的类型和组成
格局多样性 破碎度 遥感影像 传统农业景观的破碎程度 经济社会系统因素对农业景观产生的影响
聚集度 遥感影像 传统农业景观的聚集程度
其他 土地利
用方式		 遥感影像、调查统计资料 与传统农业生产方式相适应
的土地利用方式及其特色

4 农业文化遗产数字化保护的关键技术

随着数字化技术浪潮的兴起,人工智能、大数据、社会感知计算等适逢其时。随着传感器网络、物联网、5G通讯等技术的融合,泛在感知、智能推送、个性化定制等智能信息服务的能力日益提高。空间信息智能服务的不断聚合使得信息的获取、聚合、分析与应用成为众多应用领域数字化框架构建与技术开发的核心,多粒度时空大数据已经成为重要的战略资源。如,导航、共享单车、快递、电商平台等就用到了空间信息查询与定位技术。
农业文化遗产数字化保护需要以GIS为核心技术支撑[17,21-22],整合云存储与云计算、人工智能、大数据分析与应用、泛在移动通讯互联技术、传感器网络与物联网等技术。一方面,农业文化遗产数字化保护框架着眼于实现基础数据的智能采集与传输,遗产系统要素变化的智能感知与自动监测,报文数据的自主分析与共享;另一方面,不同数据来源和格式、不同应用领域和用户等又决定了数据具有多源、多格式、多维度、多尺度、多层级、多视角和多时态的特征。

4.1 GIS技术

客观世界中的事物、现象或对象都不能脱离地理空间,必须依赖于时间和空间才能存在。人们的日常行为活动与时间和空间密不可分。因此,空间信息的分析和处理在人们日常生活相关的信息中居于主导地位。
GIS是农业文化遗产数字化保护的核心支撑技术[7,39-40],这是因为农业文化遗产不能脱离自然地理环境而单独存在,是人类定居和进行农业生产活动的结果。如,日本运用GIS建立了静冈县农业文化遗产的数字化监测体系[39]。农业文化遗产涵盖了传统农业生产方式及其景观,相应的土地利用方式具有分布位置、范围和时间信息以及生物多样性特征、生长情况、产量,以及与农业生产相关的气象信息等。因而,农业文化遗产数字化保护要求人们考虑以空间位置和时态信息为主导的各类相关属性信息的综合分析与处理,必然涉及复杂的多粒度时空数据对象的处理[31]。如,参考多粒度时空对象建模方法[31],我们可以构建以作物、农户、事件和管理部门为主体的农业文化遗产景观数字化多粒度时空对象模型（图3）。
图3 传统农业景观的多粒度时空对象建模

Fig. 3 The multiple granularity temporo-spatial objects modelling on the traditional agro-landsccapes

4.2 云计算

云计算是在分布式计算、并行计算和网格计算等的基础上发展起来的一种基于互联网架构的计算和信息服务技术。它通过将分散在互联网上的闲置的计算机或服务器整合成为一个计算集群（Computing Cloud）来实现海量数据运算与信息处理,包括软件即服务（SAAS）、实用计算（Utility Computing）、网络服务、平台即服务与管理服务提供商（MSP）,成为新一代GIS的关键技术[31]。现今,云计算与服务已经在商业数据整合、零售平台、物联网、信息安全和智慧农业等领域得到了广泛应用。
从方式上看,农业文化遗产数字化保护包括农业文化遗产信息管理与项目单体的数字化[17]。这必然涉及不同的数据对象和多类型的海量资料。同时,依托现代通讯技术方法实现农业文化遗产特征的数字化展示、陈列与传播时必须考虑不同层次和需求的用户群体。这说明农业文化遗产数字化保护离不开高速运算能力和信息传输技术的支持。显然,云计算与服务技术可以保障农业文化遗产数字化相应数据的存储与共享、用户管理、信息安全等。如,构建农业文化遗产项目单体的云数据库,可以为相应的APP、数字博物馆等提供便捷的数据查询与浏览服务。

4.3 大数据

大数据可以理解为研究对象的样本超覆盖数据集[42]。随着传感器网络和物联网、移动通讯等技术的深化应用,手机信令、空间定位、社交媒体等应用产生了以大量（Volume）、多样（Variety）、高速（Velocity）、真实（Veracity）和价值（Value）等特征著称的大数据。当今,大数据技术被认为是继传感器网络和物联网技术之后信息科学领域的又一次革新,给科学研究与应用领域带来了深远的冲击。如,大数据被认为是科学研究的第四范式[41]。
农业文化遗产数字化保护离不开丰富的数据资源和统计资料。客观上,这要求运用大数据技术提高数据资料的分析与处理效率。一方面,运用数字化技术手段与设备构建农业文化遗产监测体系将产生海量的监测数据和资料;另一方面,随着人们对优秀农业文化遗产传承的需求和关注日益增加,不同行业、企业和相关部门将投入更多资源用于农业文化遗产的保护与可持续发展,这也会导致产生海量的数据资料。如,随着农业文化遗产旅游的发展,人们可以通过手机定位数据和新浪微博等社交媒体数据分析游客群体对重要农业文化遗产景观的关注程度,为相应遗产系统的现状监测与管理提供依据。

4.4 人工智能

人工智能致力于发展使用机器替代需要人类智能才能完成的复杂任务或工作的相关理论与方法,近年来广泛应用于远程控制、医疗、教育、推理、信息处理、制造等众多领域。如,通过深度学习算法可以让机器人自主进行路径决策。人工智能的相关算法模型和理论在空间信息分析与处理领域应用前景广阔[32],目前已经成为新一代GIS基础软件的核心技术[31]。
从数字化的对象和方法来看,农业文化遗产数字化保护不可避免地需要处理多源、多时态、多粒度和多格式的大数据,同时还需要对不同的服务请求进行聚合或者分发调度与批处理运算。恰当地运用人工智能领域的技术成果可以提高效率,辅助人们提高与空间位置相关的信息处理质量,快速实现数据资料分析结果的发布与共享,面向公众提供农业文化遗产的知识服务。如,通过构建农业文化遗产的知识图谱,结合移动通讯与网络信息服务等向社会大众提供农业文化遗产相关知识与讯息的推送、自动问答等个性化服务,促进科普宣传。

4.5 空间场景重构

空间场景重构是计算机科学的重要研究领域,也是可视化文化遗产空间场景的核心技术,在文化遗产数字化保护领域有着广阔的前景,主要涉及到高精度的三维地理信息数据采集和精细三维模型的快速构建等方面[43]。
从呈现方法来看,农业文化遗产数字化保护离不开空间场景重构技术,具体可以借助三维激光扫描和无人机倾斜摄影测量[43]、增强现实（AR）技术[44]和微波光子与正射影像[45]等技术手段实现农业文化遗产的传统农业景观和农业聚落景观等复杂三维场景模型的构建和虚拟重现。这是因为农业文化遗产是人类在长期的历史进程中创造的适应自然地理环境与生态系统特征的具有深厚传统文化积淀的生产方式,在特定的地理空间区域内形成了具有特色的农业景观与相应聚落。通过这些特色农业景观与农业聚落的数字化重构与虚拟重现,可以让后人较好地理解农业文化遗产蕴含的人地关系地域系统知识、规律与传统生态智慧。如,结合虚拟现实技术可以重现南方稻作梯田系统的水稻种植、田间管理、收获等生产过程,让人直观地了解梯田水稻生产的特征。

4.6 数字博物馆技术

数字博物馆技术是运用数字化方法将实体博物馆从实体的物质空间映射到赛博空间的集成技术体系。数字博物馆技术通过将博物馆保存的对象构建相应的数字“挛生体”实现其永久保存,再结合音（视）频、虚拟现实、实体模拟呈现、立体展现等多种技术手段让用户通过互联网或者移动终端应用即可在线游览并赏鉴各种珍贵的藏品。
从面向公众和用户群体科普相关知识来看,农业文化遗产数字化保护可以借助数字博物馆技术实现遗产景观的全景显示。如,各种传统农业生产器械、传统山歌和傩戏等典型非物质文化遗产、传统村落等都可以通过数字博物馆实现数字化的永久保存并可以供用户实时查看和了解相关的知识。同时,与实体博物馆相比较,用户浏览数字博物馆时可以不受开放时间和地域的限制,可以“近距离”地赏鉴和深入了解各种与农业文化遗产相关的藏品的相关知识,进而促进农业遗产知识的传承。如,中国城市规划设计研究院已经完成了部分中国传统村落数字博物馆的构建[46];事实上,该项目已经成为中国传统村落电子百科全书和全景展示平台。

5 讨论

农业文化遗产蕴藏着丰富的人类与自然环境和谐共存的生态智慧和知识、技术与经验。结合数字化技术助力农业文化遗产的发掘、保护和管理,彰显了现代社会对人类文化多元性和文明多样性保护的渴求。这也意味着农业文化遗产数字化保护亟待探索。
然而,人们也应该注意到：在文化遗产保护的实践中,保护和发展容易被人为割裂为对立的两方面。在保护的前提下,发展往往退居其次。本末倒置容易适得其反。如,有的地方在古村落保护的过程中将保护范围内的村民迁离,使得本应生气蓬勃的村落成为“空心村”。因此,农业文化遗产数字化保护首先要走出僵化和机械保护的误区,在保持农业文化遗产活态特征的前提下记录传统农业生产过程、生产系统和相应文化体系的精华。如,在数字化技术的支持下,农业文化遗产的传统生产场景等可以精准复现,为子孙后代传承农业文化遗产提供可靠的资料。因此,需辩证看待农业文化遗产数字化保护的地位和作用。
农业文化遗产数字化保护是现代技术文明发展的必然,其根本目的在于助力农业文化遗产的可持续发展。农业文化遗产保护涉及到政府部门、农户与相关行业企业的多元复杂关系。它们之间既有共同目标又有错综复杂的利益关系。因此,农业文化遗产保护是一项复杂的社会系统工程,需要结合数字化技术丰富新的模式与途径。
农业文化遗产能否得到有效的保护取决于社会能否为传统农业生产系统和生产方式营造良好的发展环境。因此,农业文化遗产数字化保护的价值主要体现在从技术层面赋能现有的保护措施,促进农业文化遗产及其相关传统文化与传统知识的传承并面向社会公众的科普,有效地发挥它们的社会经济与生态功能价值。
本文按照FAO关于GIAHS项目的评价标准提出从粮食与生计安全、农业生物多样性、地方与传统知识体系、文化与信仰体系及社会组织、景观与美学特征5个方面确立农业文化遗产数字化保护的基本内容,进而构成相应的技术框架。这涉及到农业文化遗产数字化保护这一总体目标的实现与如何处理具体的数字化内容之间的关系问题。一方面,从5个方面具体开展数字化是达成总体保护目标的基本方式;另一方面,农业文化遗产的数字化保护与具体的数字化内容之间是总体与部分的关系。因此,通过开发特定的农业文化遗产数字化保护应用程序,有利于促进农业文化遗产的保护。

6 结论

农业文化遗产积淀了人类与自然和谐共存的生态智慧以及相应的知识、技术与经验。在信息科学发展日新月益的当今时代,数字化技术已经深入渗透到农业的各个领域。这也意味着农业文化遗产数字化保护的理论、方法与相关实践亟待开展。本文就农业文化遗产数字化保护的科学内涵、基本框架、核心内容和关键技术进行了初步探索。
（1）农业文化遗产数字化保护主要体现在丰富农业文化遗产保护手段、促进遗产保护的科学决策、推动相应的教育与科普等方面。
（2）参照GIAHS的认定标准,界定了农业文化遗产数字化的主要内容,包括粮食与生计安全、农业多样性、地方与传统文化体系、文化与信仰体系及社会组织、景观与美学特征。这为今后开展农业文化遗产数字化保护实践提供了理论依据。
（3）农业文化遗产数字化保护的关键技术主要包括GIS、云计算、大数据、人工智能、空间场景重构和数字博物馆等技术。这为今后开展农业文化遗产数字化保护的技术实践积累了初步的经验。
值得指出的是,农业文化遗产数字化保护目前尚未开展系统的实践。本文提出的思路与框架尚待检验,期待在相关部门的支持下,结合现有探索性成果就农业文化遗产数字化保护的技术标准和规范、业务系统建设指标体系以及具体方案、关键技术和示范项目等开展深入研究。总之,农业文化遗产数字化保护应涵盖其过去重构与溯源、当下监测和未来前景预测。唯其如此,才能真正实现农业文化遗产的动态保护。

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